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煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是一種普遍存在的電子載體，對能量代謝以及許多調節蛋白的翻譯后修飾至關重要。NAD代謝的失調普遍被認為對健康有害，其中NAD的耗竭通常被認為與衰老有關。然而，細胞內的NAD濃度在何種程度上下降才不會產生不良后果仍不清楚。

基于此，2025年5月1日，哥本哈根大學Jonas T. Treebak研究團隊在Cell Metabolism雜志發表了“NAD depletion in skeletal muscle does not compromise muscle function or accelerate aging”，揭示了骨骼肌中的NAD耗竭不會損害肌肉功能或加速衰老。即使肌肉NAD?水平顯著降低，肌肉的結構、代謝以及線粒體功能依然保持正常，表明NAD的減少并不驅動與年齡相關的肌肉衰退。

為了研究這一問題，作者構建了一種小鼠模型，在該模型中，成年小鼠骨骼肌中由煙酰胺磷酸核糖轉移酶（NAMPT）介導的NAD?合成被中斷。這種干預導致肌肉中NAD?含量減少了85%，但組織的完整性和功能性仍然保持不變。具體表現為肌肉形態、收縮能力和運動耐受性均未受到影響。此外，終生的NAD耗竭并未加速肌肉衰老或損害全身代謝。綜上所述，這些發現表明NAD的減少并不導致骨骼肌功能隨年齡相關的衰退。

圖一 Nampt敲除會改變NAD代謝，但不會破壞基礎的全身代謝和肌肉功能

NAMPT催化煙酰胺轉化為煙酰胺單核苷酸。在成熟的骨骼肌中誘導性敲除Nampt基因導致NAMPT以及NAD?、NADH、NMN和其他與NAD相關的代謝物顯著減少。盡管如此，線粒體中參與NADP合成的酶NAD激酶2和NADPH產生的NAD(P)轉氫酶并未出現代償性上調，而負責由煙酰胺核糖生成NMN的酶煙酰胺核糖激酶2則表達上調。同時，肌肉中的NR水平及其轉運體的表達均未發生變化。然而不能排除煙酰胺核糖激酶2在維持NAD?水平中的作用。腺苷二磷酸核糖和煙酰胺的水平分別降低了60%和80%。這可能是因為煙酰胺通過非甲基化途徑的外排增加，并進一步降解為甲基吡啶類物質，但未觀察到煙酰胺N-甲基轉移酶的上調。為了評估NAD耗竭是否引發類似衰老的肌肉表型，作者評估了肌肉的形態和功能。盡管NAD水平較低，小鼠的脛骨前肌纖維仍保持正常的結構和大小。趾長伸肌和腓腸肌在單次收縮和強直收縮中的力量輸出在實驗組和野生型小鼠之間沒有差異。然而，在重復強直收縮過程中，實驗組的趾長伸肌肌肉表現出更強的力量恢復能力，提示其疲勞程度降低，這可能與糖原含量升高有關?？傮w而言，盡管NAD被耗竭，肌肉結構和收縮功能仍然保持正常。鑒于骨骼肌在代謝中的重要性，作者進一步檢測了全身生理狀況。實驗組和野生型小鼠在體重和身體組成以及代謝標志物方面無明顯差異。間接測熱法顯示，呼吸、活動量和攝食行為在不同基因型之間無顯著差異。呼吸交換率也保持不變，說明底物氧化功能正常。晝夜能量消耗波動和活動模式也未受影響，證實NAD耗竭不會損害全身代謝。

圖二 盡管在急性運動時的代謝反應有所改變，iSMNKO小鼠仍保持完整的運動能力

運動能夠激活肌肉的氧化代謝，并對全身能量需求產生顯著壓力。為了評估運動表現，作者監測了小鼠的自主跑輪活動。兩種基因型小鼠在跑步頻率、速度和距離方面相似，能量消耗也沒有差異。高強度跑步機測試，包括力量測試和遞增最大運動測試，顯示實驗組和對照組小鼠的表現相當。然而，實驗組小鼠在力量測試后的乳酸水平升高。盡管如此，最大攝氧量及相關參數保持不變，這證實骨骼肌中NAD的減少并不損害運動耐受能力。在中等強度運動后，實驗組小鼠表現出更高的血液乳酸水平，盡管兩種基因型的乳酸水平都出現了類似的增長。在靜息狀態下，實驗組股四頭肌的糖原含量高出20%，但在運動過程中，葡萄糖攝取和糖原利用與對照組相當。實驗組肌肉中AMP水平升高，表明其能量壓力更大，但AMPKγ1或γ3復合體的活性沒有變化。此外，AMPK-γ1/γ3的動態變化與NAD的可用性無關，在運動結束時活性相似，并在運動后20分鐘恢復到基礎水平。AICAR是一種藥理學上的AMPK激活劑可通過AMPK-γ3依賴的方式增加肌肉葡萄糖攝取。為了進一步研究在低NAD條件下AMPK-γ3復合體的激活情況，作者評估了AICAR在實驗組小鼠中降低血糖的能力，但未發現兩種基因型之間存在差異。在肌肉收縮過程中，實驗組骨骼肌利用了更多的糖原。肌肉糖原在一次運動后迅速恢復。在實驗組和對照組中，股四頭肌和腓腸肌的糖原在20分鐘內幾乎完全恢復，而肝臟則沒有這種變化。為了評估一小時中等強度運動后的全身葡萄糖氧化情況，作者使用了均勻標記的13C葡萄糖，并結合穩定同位素分析儀和間接測熱法進行檢測。在靜息狀態下，13C標記的CO?釋放率沒有差異；但在運動后僅在實驗組中下降，表明其葡萄糖氧化減少，而在恢復期間糖原合成速率更高。然而，這并未影響運動后數小時至數天內的呼吸交換率和能量消耗。為了進一步研究實驗組小鼠肌肉糖原代謝的調控機制，作者采用了坐骨神經電刺激誘發的在體肌肉收縮方法，以精確控制收縮的時間和強度。在實驗組和對照組的小鼠趾長伸肌和脛骨前肌中，收縮導致的糖原下降程度相似。然而，實驗組肌肉平均利用了約50%更多的糖原。肝臟和腓腸肌的糖原儲備未受影響。接著，作者評估了在收縮后恢復期間是否出現葡萄糖攝取增加。在四個被檢測的肌肉群中有三個在基因型之間葡萄糖轉運量無差異。但在趾長伸肌中，實驗組的葡萄糖攝取高于對照組。為了直接評估糖原含量及其再合成速率，作者測量了放射性標記葡萄糖整合到糖原中的情況。雖然兩種基因型的糖原再合成速率相似，但實驗組肌肉在收縮后30分鐘內未能恢復到收縮前的水平?？傮w來看，這些數據表明實驗組小鼠的基礎肌肉糖原水平較高，并且在收縮過程中被更大量地消耗。然而，收縮后幾分鐘內的糖原合成速率并未受到肌肉NAD降低的限制。綜上所述，糖原供應增加可能是實驗組肌肉的一種適應機制，使其能夠在NAD減少的情況下維持正常功能。

圖三 衰老對肌肉功能的影響與肌肉中NAD的含量無關

對成年iSMNKO小鼠的全面分析表明，肌肉中NAD的耗竭是可以被良好耐受的，對肌肉功能、運動能力和代謝健康均無不良影響。然而，慢性NAD缺乏是否會加劇與年齡相關的功能衰退仍有待明確。為此，作者進一步研究了老年iSMNKO小鼠，結果顯示，兩種基因型小鼠的體重和身體組成相似均主要通過脂肪和自由液體含量增加而增重。盡管衰老使野生型小鼠股四頭肌中的NAD?水平下降了10%，但在iSMNKO小鼠中NAD水平保持不變。在NAD衍生的代謝物中，只有ADPR隨著年齡增長而減少，并且在iSMNKO肌肉中始終處于較低水平。相應地，無論年齡如何，iSMNKO肌肉中ADP-核糖化蛋白的含量均降低，提示NAD裂解型ADP-核糖基轉移酶活性較低。相反，部分由NAD依賴性脫酰酶調控的全局蛋白乙酰化水平則保持不變。為了評估代謝調控情況，作者進行了口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）。老年小鼠表現出輕微升高的空腹胰島素水平和適度降低的空腹血糖濃度。兩種基因型小鼠在葡萄糖負荷后的血糖和胰島素反應相似。值得注意的是，老年小鼠表現出更好的葡萄糖耐量，表現為更低的血糖峰值和曲線下面積（AUC），這可能與胰島素分泌增強有關，這一現象也與以往研究結果一致。這種趨勢在老年雌性小鼠中同樣存在，說明血糖調節是通過輕度高胰島素血癥實現的，且不受肌肉NAD含量的影響。代謝評估顯示，兩個基因型的老年小鼠呼吸交換率（RER）降低，能量消耗（EE）增加，但攝食行為和累計活動量無明顯差異。盡管在黑暗期行走距離隨年齡增長而減少，整體活動模式在各組之間相似。為了評估自主運動行為，作者給予動物自由使用跑輪的機會。結果顯示，老年小鼠的跑步量顯著低于年輕小鼠，但在跑步距離、速度或凈運輸成本方面沒有基因型之間的差異。綜上所述，即使在衰老過程中，骨骼肌中長期的NAD缺乏也并未引發明顯的功能惡化或代謝紊亂，提示NAD水平的降低并不必然導致與年齡相關的肌肉功能衰退。

圖四 全文摘要總結

總結

骨骼肌中的NAD耗竭并不會損害組織完整性和功能，也不會加速衰老，這一點在一個肌肉NAD?水平下降85%的小鼠模型中得到了證實。肌肉結構、代謝和線粒體功能均未受到影響，表明NAD的減少并不是導致與年齡相關的肌肉功能衰退的原因。

文章來源

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2025.04.002